混凝土材料以其優(yōu)越的性能，在相當長的時間內(nèi)，都將作為主要的建筑與結(jié)構(gòu)材料。因此，混凝土的耐久性成為人們不斷研究的課題?；炷两Y(jié)構(gòu)的強度發(fā)展是一個隨時間不斷強化的過程，在保證有足夠養(yǎng)護時間的條件下，混凝土在施工和使用階段的性能能夠滿足設計和使用要求。然而，隨著人們對施工進度要求的不斷提高以及施工環(huán)境的復雜性，無法保證混凝土有充足的養(yǎng)護時間，即混凝土結(jié)構(gòu)在早齡期就處于服役狀態(tài)。混凝土在未達到設計強度時，由于各種人為或非人為作用，受到外部的侵蝕，尤其是建造于海洋環(huán)境和地下水環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，受到氯離子、硫酸根離子等腐蝕離子和干濕作用的破壞，使混凝土構(gòu)筑物的整體強度及抗?jié)B性能降低，最終影響到整個工程的施工進度和混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。為了保證構(gòu)筑物在施工期內(nèi)的安全性及使用中的耐久性，加快施工速度，降低成本，有必要考慮化學腐蝕對早齡期混凝土性能的影響。因此，化學腐蝕作用對混凝土早齡期階段性能的影響不斷受到各國研究者的關(guān)注。

    1 氯離子對早齡期混凝土性能的影響

    化學腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的重要因素，而導致混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化最普遍的腐蝕原因就是氯離子侵蝕。氯離子會通過擴散與滲透作用進入到混凝土內(nèi)部，與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應，生成水化氯鋁酸鹽（C 3 A·3CaCl 2 ·10H 2 O）鹽，密實混凝土內(nèi)部的孔隙，使混凝土超聲檢測聲速值增大，抗壓強度提高 。朱勁松等進行了早齡期混凝土抗氯離子滲透性能的研究，試驗表明：早齡期混凝土水膠比為 0. 30 時，其 28d 齡期的氯離子遷移電量（Q 28 ）僅為 641C，混凝土氯離子滲透性屬非常低級；混凝土 1d、2d、3d、7d、14d 各齡期的氯離子遷移電量（Q n ）分別為 20500C、9100C、5300C、1537C、1002C，分別是 28d齡期混凝土氯離子遷移電量的 32. 0、14. 2、27. 2、2. 40 和 1. 56 倍，隨養(yǎng)護齡期的縮短，混凝土氯離子遷移電量迅速增加；7d 和 14d 齡期的氯離子遷移電量超過 1000C，混凝土的氯離子滲透性屬低級；3d 齡期的氯離子遷移電量甚至超過 5000C，混凝土的氯離子滲透性能為高級，即其抗氯離子滲透性能很差。在水膠比為 0. 40、0. 50 時，早齡期混凝土的氯離子遷移電量與水膠比為 0. 30 時相仿，即隨著養(yǎng)護齡期的縮短，混凝土的氯離子遷移電量迅速增加。

    李晗等進行了浸泡條件下的氯離子擴散性能試驗，試驗結(jié)果表明，當 NaCl 溶液濃度相同時，混凝土試件的氯離子分層濃度隨齡期延長而增加，其中氯離子擴散系數(shù)在混凝土早齡期階段內(nèi)有十分明顯的升高，相應的在 1 －3d 齡期內(nèi)試件表層氯離子濃度出現(xiàn)迅速上升并產(chǎn)生突變，說明早齡期混凝土抗氯離子侵蝕能力很弱。楊曉明等通過實驗室試驗的方法，得到了養(yǎng)護齡期、水膠比、骨料級配及最大骨料粒徑對氯離子在早齡期混凝土中的擴散系數(shù)的影響規(guī)律，其中水膠比對混凝土氯離子擴散系數(shù)影響最大，且隨最大骨料粒徑和骨料體積含量的增大而減小。Bader等對放置在海邊的混凝土試件研究指出，齡期范圍內(nèi)試件在實驗室養(yǎng)護時間越長，暴露后測得該試件氯離子擴散系數(shù)越小。成型 3d 以后暴露現(xiàn)場的試件強度都增加，且均未出現(xiàn)劣化破壞現(xiàn)象。只有成型 1d 的試件強度對比下降，出現(xiàn)了明顯的劣化破壞。

    張薇等通過對早齡期混凝土試件進行化學溶液腐蝕試驗，得出早齡期混凝土在受到同一濃度的氯離子溶液腐蝕后，養(yǎng)護 3d 的混凝土內(nèi)氯離子含量高于養(yǎng)護 7d 的混凝土內(nèi)部氯離子含量，而且，混凝土養(yǎng)護至28d 時氯離子含量隨溶液濃度的增加而增加，28d 抗壓強度也隨溶液的濃度增加而增加，且混凝土 28d 抗壓強度高于清水養(yǎng)護 28d 抗壓強度。

    2 硫酸根離子對早齡期混凝土性能的影響

    當硫酸根離子進入混凝土內(nèi)部時，會與水泥石的某些組分發(fā)生化學反應，生成一些例如石膏或鈣礬石等難溶的鹽類礦物 ，填充混凝土內(nèi)部的空隙，使混凝土抗壓強度增加。難溶物隨時間變化產(chǎn)生體積膨脹，當膨脹達到一定程度時，混凝土表層開裂或軟化，最終導致構(gòu)件的破壞。董宜森等將上述硫酸根溶液對混凝土的破壞分為兩個階段，第一階段，生成的鈣礬石和石膏填充混凝土內(nèi)部，是混凝土抗壓強度增加，但此時混凝土的膨脹可忽略；第二階段則是鈣礬石和石膏兩種物質(zhì)作用使混凝土表面剝落。申春妮等認為，在這兩個階段中，溫度的高低都會影響硫酸根離子的侵蝕速度。溫度過低時，試件中的水會結(jié)冰，影響侵蝕溶液的進入，延長了第一階段的侵蝕時間。溫度過高時，水分會過快損失，對第二階段的膨脹速度產(chǎn)生影響。

    如果溶液中硫酸鹽的濃度超過它的溶解度，就會形成結(jié)晶析出，比如 MgSO 4 和 Na 2 SO 4 吸水后分別形成 MgSO 4 10H 2 O 和 Na 2 SO 4 10H 2 O，體積膨脹 4 －5 倍，在混凝土內(nèi)部形成極大的結(jié)晶壓力，引起混凝土膨脹開裂，從而為硫酸鹽的侵入提供條件，加快混凝土的破壞，這稱作結(jié)晶侵蝕。有些土壤含硫酸鹽很高，地面以上的混凝土結(jié)構(gòu)的損傷一般是鹽結(jié)晶造成的開裂破壞。陳露一等應用超聲無損檢測的方法研究早齡期混凝土受硫酸鹽腐蝕的損傷程度，利用剩余強度因子（K c = f cui /f cuA ）和剩余波速因子建立抗壓強度（f cu ）與超聲波速（V）的變化關(guān)系，結(jié)果表明：早齡期混凝土的剩余強度因子和剩余波速因子隨硫酸鹽溶液溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和齡期的增大而減小，說明混凝土受硫酸鹽腐蝕的程度不斷增加。

    Biczokd 等認為，硫酸根離子的侵蝕反應機理也與質(zhì)量分數(shù)有關(guān)，不同濃度硫酸鹽與混凝土反應產(chǎn)生不同的侵蝕產(chǎn)物，硫酸根離子濃度小于 1000mg/L 的 Na 2 SO 4 溶液與混凝土反應，只有鈣礬石晶體產(chǎn)生，當硫酸根濃度大于 1000mg/L 并逐步增大時，將同時產(chǎn)生鈣礬石和石膏兩種晶體，而且，持續(xù)生成的鈣礬石和石膏的膨脹作用會加速混凝土的微裂縫生成和發(fā)展。但在很大的范圍內(nèi)，鈣礬石起主要作用，石膏晶體只起從屬作用，只有當硫酸根離子濃度超過 8000mg/L 時，石膏晶體才會起主導作用。

    3 復合離子對早齡期混凝土性能的影響

    對長期處于海水環(huán)境中工作的混凝土來說，海水侵蝕混凝土表面，逐漸滲入混凝土內(nèi)部，對混凝土工作性能造成影響是無法避免的。而且，混凝土工作環(huán)境中不只存在氯鹽、硫酸鹽，還會存在鎂鹽等腐蝕性離子。因此，有學者研究多種鹽溶液共同作用對混凝土性能的影響。

    陳戎等通過研究早期遭遇災害對海工混凝土性能的影響研究中得出混凝土接觸海水的時間對混凝土強度是有影響的，在清水中分別養(yǎng)護 1d、3d 后放入海水的混凝土抗壓強度大于在清水養(yǎng)護 7d、28d 的混凝土。但在清水中養(yǎng)護 1d、3d、7d 的混凝土在達到 28d 齡期后抗壓侵蝕系數(shù)變小，由此可知，早期海水的浸泡可以短暫提高早齡期混凝土的抗壓強度，但對其后期強度發(fā)展不利。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是海水中的鈉離子、氯離子、鎂離子和硫酸根離子進入混凝土內(nèi)部，分別與氫氧化鈣和水化鋁酸發(fā)生反應，生成一些不溶性物質(zhì)，填充混凝土空隙，且生成物膨脹使混凝土變得密實，混凝土抗壓強度有所提高；而混凝土在 7d 遭遇海水后，水泥水化完成近 70%，混凝土內(nèi)空隙較小，混凝土內(nèi)腐蝕離子反應生成的鈣礬石和氯鋁酸鹽等膨脹物質(zhì)對混凝土試塊影響較小，因此對混凝凝土抗壓強度影響不大。

    王軍等通過試驗研究硫酸鹽、氯鹽和碳酸鹽復合鹽害侵蝕后混凝土抗壓、抗折強度的變化規(guī)律，并與單一硫酸鹽溶液浸泡和烘干后的數(shù)據(jù)進行對比分析，得到了復合鹽溶液腐蝕混凝土的破壞程度比同濃度硫酸鹽溶液單獨腐蝕效果嚴重的結(jié)論，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是復合鹽溶液中的碳酸根離子與水泥水化產(chǎn)物反應，使混凝土堿度降低產(chǎn)生溶蝕，這種腐蝕反應為硫酸根離子和氯離子向混凝土內(nèi)部擴散提供了空間和途徑，提高硫酸根離子和氯離子向混凝土內(nèi)部擴散的速率。

    張巨松等通過對礦粉、粉煤灰及 Na 2 SO 4 混凝土中氯離子擴散系數(shù)變化規(guī)律的研究，分析以上因素對混凝土早期孔結(jié)構(gòu)的影響，得到以下結(jié)論：粉煤灰和礦粉的早期活性低于水泥的早期活性，從而表現(xiàn)出混凝土早期的氯離子擴散系數(shù)隨著粉煤灰、礦粉隨摻量的增加而增加的現(xiàn)象，Na 2 SO 4 的摻入則會激發(fā)粉煤灰和礦粉的活性，且對粉煤灰的激發(fā)作用要高于對礦粉的激發(fā)作用。

    4 結(jié)語

    當前關(guān)于早齡期混凝土在化學腐蝕作用下的耐久性能研究等方面，國內(nèi)外學者展開了相關(guān)的基礎研究工作，并取得了一定的研究成果。但是，以往的研究大多局限于腐蝕因子或力學破壞單獨作用對混凝土性能的影響。因此，探明早齡期混凝土在腐蝕因子與力學破壞耦合作用下的損傷失效過程的規(guī)律和特點成為了我們新的目標與任務，從而更好的為現(xiàn)場施工提供理論依據(jù)，為混凝土結(jié)構(gòu)的耐久設計和安全評價提供科學基礎。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護網(wǎng)http://www.ecorr.org

責任編輯：殷鵬飛

《中國腐蝕與防護網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護網(wǎng)官方 QQ群：140808414